High-gain 87 cm^−1 Raman line of KYW and its impact on continuous-wave Raman laser operation

Abstract

We report a quasi-continuous-wave external cavity Raman laser based on potassium yttrium tungstate (KYW). Laser output efficiency and spectrum are severely affected by the presence of high gain Raman modes of low frequency (< 250 cm^-1) that are characteristic of this crystal class. Output spectra contained frequency combs spaced by the low frequency modes but with the overall pump-to-Stokes conversion efficiency at least an order of magnitude lower than that typically obtained in other crystal Raman lasers. We elucidate the primary factors affecting laser performance by measuring the Raman gain coefficients of the low energy modes and numerically modeling the cascading dynamics. For a pump polarization aligned to the N_g crystallo-optic axis, the 87 cm^-1 Raman mode has a gain coefficient of 9.2 cm/GW at 1064 nm and a dephasing time T₂ = 9.6 ps, which are both notably higher than for the 765 cm^-1 mode usually considered to be the prominent Raman mode of KYW. The implications for continuous-wave Raman laser design and the possible advantages for applications are discussed.

Power Scaling of CW Crystalline OPOs and Raman Lasers

“…But sources catering to the mid-IR region are still sparse. Apart from varying the pump wavelength and optical frequency mixing, these devices also achieve wavelength diversification through the "Raman cascading" process [127,128]. Raman cascading is referred to as the generation of successive higher order Stokes wavelengths when the intensity of the preceding Stokes order becomes sufficiently high [99].…”

“…But it has a low Raman gain coefficient which constricts its implementation to mostly CW intracavity configuration. Moreover, the presence of several Raman modes also adversely affected the CW laser efficiency [127].…”

High Power Diamond Raman Lasers

“…Compared to other Raman crystals, the characteristically large Raman shift, pure first-order Raman spectrum and the massively improved thermal properties, are facilitating a stepwise jump in Raman laser capability. To date, this has been most evident in high average power conversion of nanosecond pulses [53], the efficient CW conversion in an external cavity [77] (in contrast to crystals with more complex Raman spectra [104]) and quasi-CW laser powers of 750 W (refer Section III-A). The particular symmetry of the diamond lattice also provides a means to efficiently convert unpolarized pumps [131].…”

Laser Raman intracavidade bombeado lateralmente emitindo na região do amarelo

“…Devido a estas qualidades um vasto número de trabalhos em lasers de estado sólido dopados com Yb e bombeados por diodo têm sido demonstrados.O cristal de KGW possui deslocamento Raman com uma larga seção de choque de espalhamento Raman estimulado em 89 cm -1 , 768 cm −1 e 901 cm -1[47]. Dentre estes, para um cristal cortado ao longo do eixo Ng, a seção de choque em 89 cm -1 apresenta a mais alta seção de choque SRS e características favoráveis de menor aquecimento do cristal devido ao menor deslocamento Raman permitindo o bombeio com potências maiores[48].O coeficiente de ganho maior, de aproximadamente 9,2 cm/GW, pode ser em parte atribuído ao tempo de defasagem maior dos deslocamentos Stokes menores[48]. O aquecimento Stokes em lasers Raman intrínsecos foram estimados para o Nd:GdVO4 e equivale a aproximadamente 20% para o deslocamento Raman de 873 cm -1 neste cristal[49].…”

“…Foi notado por nós que mesmo usando espelhos com alta refletividade, que se estende até 1200 nm, e que em princípio deveriam permitir os deslocamentos Raman em 768 cm −1 e 901 cm -1 para um cristal cortado ao longo do eixo Ng, nenhuma oscilação nos respectivos comprimentos de onda Stokes foram observadas como era esperado. Isto aconteceu devido à maior secção de choque SRS da conversão Stokes de 89 cm -1 para os campos fundamental e Raman paralelos ao eixo Nm do cristal e propagandose ao longo do eixo Ng[48].O laser de bombeio apresentou problemas em termos de saída espectral e também mostrou uma degradação rápida da potência de saída; começando com 33 W no início dos experimentos e terminando com 21 W no momento em que os resultados finais foram tomados. O espectro do bombeio apresentou dois picos para potências maiores que 19 W e dividiu-se em três picos, como mostrados na Figura 58, na máxima corrente do diodo (Figura 60) quando foi atingida a máxima sobreposição com o espectro de absorção do cristal.…”